【正文】 ：1 密封在往復式內(nèi)燃機中，活塞環(huán)是一種運動件，亦是一種密封件。零件圖如附件所示。通過課程設(shè)計培養(yǎng)學生制定零件機械加工工藝規(guī)程和分析工藝問題的能力。在設(shè)計過程中，學生應(yīng)熟悉有關(guān)標準和設(shè)計資料，學會使用有關(guān)手冊和數(shù)據(jù)庫。設(shè)計應(yīng)完成的內(nèi)容：1）制定指定零件（或零件組）的機械加工工藝規(guī)程，編制機械加工工藝卡片，選擇所用機床、夾具、刀具、量具、輔具； （一套）2）對所制定的工藝進行必要的分析論證和計算；3）確定毛坯制造方法及主要表面的總余量；4）確定主要工序的工序尺寸、公差和技術(shù)要求；5）對主要工序進行工序設(shè)計，編制機械加工工序卡片，畫出的工序簡圖，選擇切削用量； （一份）6）設(shè)計加工該零件的毛坯圖或者零件與毛坯合圖； （一張）7）編寫設(shè)計說明書?；钊h(huán)在高速往復運動狀態(tài)下，在高溫、高壓燃氣的作用下，完成對燃燒室和曲軸箱之間的密封作用，即阻止氣缸中燃燒產(chǎn)生的高溫高壓氣體竄到曲軸箱中，這是活塞環(huán)的主導功能。另外，活塞環(huán)與氣缸內(nèi)表面的幾何形狀貼合良好與否、環(huán)的截面形狀以及環(huán)的數(shù)量等都對密封有很大影響。為了使活塞環(huán)正常滑動，必須不斷地供給滑油，同時又要求活塞環(huán)能刮落氣缸壁上的過多滑油，也就是既要保證活塞環(huán)潤滑所需要的油膜厚度，又要保持較低的滑油耗量，以防止過多的滑油上竄到燃燒室，不僅滑油耗量增大，又會因燃燒產(chǎn)生的積碳影響傳熱性能?；钊h(huán)的散熱作用實際上與環(huán)的幾何尺寸，截面形狀，材料的導熱性、熱膨脹系數(shù)，環(huán)與環(huán)槽間的間隙以及有關(guān)表面精度等都有很大關(guān)系，應(yīng)慎重選取。一旦減弱和破壞活塞環(huán)的支承作用，必將導致活塞組件失去運動平衡，從而產(chǎn)生噪聲、偏磨、擦傷等故障，甚至出現(xiàn)融著、折損和拉缸等嚴重故障。氣環(huán)以結(jié)構(gòu)形狀分，有矩形環(huán)、桶面環(huán)、錐面環(huán)、梯形環(huán)和扭曲環(huán)。（2） 桶面環(huán)桶面環(huán)的表面形狀多呈凸圓弧形。環(huán)與氣缸線接觸，即使表面發(fā)生變形時仍能保持良好的接觸。安裝時注意斜面角不能倒裝，否則會引起很大的竄油現(xiàn)象。為了提高氣環(huán)的抗結(jié)膠能力，梯形環(huán)結(jié)構(gòu)應(yīng)運而生了。20186。梯度可以是一邊或兩邊都有，環(huán)槽也有相應(yīng)的梯度。（5） 扭曲環(huán)扭曲環(huán)的扭轉(zhuǎn)角度一般為徑向厚度上的扭曲量為環(huán)徑向厚度的 ～% ，而扭曲的斜角為 15ˊ～30ˊ。2 油環(huán)油環(huán)具有回油孔或等效結(jié)構(gòu)，能從缸壁上刮下機油的活塞環(huán)。（2） 鼻形環(huán)切臺呈鼻形外切扭曲環(huán)。由于環(huán)岸狹窄，可得到高的比壓是最常見的一種油環(huán)。襯簧可以使環(huán)的壓力增高，環(huán)壓均勻和彈性穩(wěn)定，從而使油膜均勻、磨損下降，機油消耗下降。這種環(huán)有二種結(jié)構(gòu)型式：組合式刮片和脹圈以及分離式刮片和脹圈。通路開口的比率：鑄鐵油環(huán)為 10～15%，組合油環(huán)為 30～50%，不但降低機油消耗，而且有效防止結(jié)膠積渣；d 質(zhì)量小。2 高壓 柴油機能產(chǎn)生 80～150㎏/㎝ 2的壓力，汽油機能產(chǎn)生 30～40㎏/㎝ 2的壓力，活塞環(huán)必須在這樣的高壓條件下保持密封工作。 活塞環(huán)各部份名稱及代號 圖 1 活塞環(huán)各部分名稱 式中：d1—公稱直徑表示標準缸徑的活塞環(huán)工作直徑；h1—環(huán)高，表示上、下端面的軸向距離自由開口尺寸；S1—閉口間隙，表示在工作狀態(tài)下開口間的距離。近來，隨發(fā)動機的高速化，環(huán)的徑向厚度趨向于加大，對改善活塞傳熱，提高環(huán)的彈力、剛度是有利的，但若徑向厚度過大，工作和安裝時應(yīng)力大，易折斷，同時對氣缸橫向變形的適應(yīng)性較差?；钊h(huán)的高度不宜過高，因為：1 能較好地適應(yīng)氣缸的不均勻磨損和變形，可以避免棱緣集中負荷，從而提高環(huán)的抗粘著能力；2 使活塞組往復質(zhì)量和結(jié)構(gòu)尺寸減少，活塞環(huán)槽磨損減少；3 使環(huán)背和環(huán)槽間的空間變小，環(huán)背壓力容易建立起來，提高了二次密封效能；4 發(fā)動機摩擦功率損失小，氣缸套的磨損將顯著下降；1—汽車拖拉機發(fā)動機2—強化發(fā)動機圖 33 活塞環(huán) d 1/a1 的推薦值圖 32 活塞環(huán) d1/a1 變化曲線d1/a1d1/a1d1d1 mm）5 磨合快。這些都是要在設(shè)計時加以權(quán)衡的。它的大小既要滿足活塞環(huán)彈力的要求，又要滿足工作應(yīng)力和安裝應(yīng)力的要求，m 值過大，工作應(yīng)力較大，會造成較大的彈性消失，m 值過小，會產(chǎn)生較大的安裝應(yīng)力造成斷環(huán)，或過度變形失去圓度。2 中間環(huán)的情況在二沖程和四沖程柴油機中是不同的。在高速發(fā)動機上主要還是防竄油的作用，端面要求貼合承壓，為此，多要求扭曲環(huán)，對高增壓高平均有效壓圖 環(huán)高與開口間隙關(guān)系圖 34 環(huán)高與抗粘著能力關(guān)系力的發(fā)動機上，第二環(huán)有采用高強度材料的趨向?；钊h(huán)數(shù)目實際上是按照發(fā)動機的型式，缸徑大小和轉(zhuǎn)速高低等不同情況來確定。環(huán)裝入氣缸前的形狀稱為自由狀態(tài)，環(huán)的自由狀態(tài)決定環(huán)裝入氣缸后的徑向壓力分布。2 高點環(huán)高點環(huán)開口處的徑向壓力 P 高于平均徑向壓力 P0，P：P 0 可達 3：1。 S1閉口間隙一般按 GB/T1149 選取，或按產(chǎn)品圖紙要求而定，但最小間隙必須大于下式計算值 。表 37活塞環(huán)材料 平均彈性模量 N/mm2 切口彈力修正系數(shù)調(diào)質(zhì)鑄鐵球墨鑄鐵鋼1127761569061962002切向彈力 FtE活塞環(huán)設(shè)計時，首先確定切向彈力，然后再決定環(huán)的自由開口尺寸。 一般選擇原則：合金鑄鐵為～2㎏f/㎝ 2，球墨鑄鐵為 ～㎏f/㎝ 2。 合金鑄鐵σ 2≤50㎏f/ mm 2，球墨鑄鐵 σ 2≤80㎏f/ mm 2 課程設(shè)計中活塞環(huán)的主要參數(shù)選擇第三章 活塞環(huán)的制造工藝 活塞環(huán)的性能對整臺發(fā)動機系統(tǒng)的良好工作運轉(zhuǎn)是十分重要的，活塞環(huán)組件必須有較長的使用壽命。每個工作地固定完成一道或幾道工序，而每一道工序都在固定的工作地加工。3 在整個加工過程中，產(chǎn)品按平行移動方式在各工序的工作地之間移動，生產(chǎn)具有明顯的節(jié)奏性；4 工藝過程是封閉的，產(chǎn)品的所有工序在流水線內(nèi)全部完成，如活塞環(huán)切削流水線在兩端面加工完成后，內(nèi)圓、外圓、開口間隙等加工全部在切削生產(chǎn)線上完成，加工過程象流水一樣從上一工序轉(zhuǎn)到下一工序，連續(xù)生產(chǎn)。既可用于制造等壓環(huán)，又可用于制造非等壓環(huán)；但主要用于制造非等壓環(huán)。熱定型法主要用于制造等壓環(huán)。 活塞環(huán)的加工工藝規(guī)程 為了進行科學管理，將工藝過程的各項內(nèi)容寫成文件，用來指導生產(chǎn)和組織生產(chǎn)，工廠的各種工藝規(guī)程是將有關(guān)內(nèi)容編寫成各種文件圖紙和表格等形式來表達的，這些文件統(tǒng)稱為工藝文件。在卡片上規(guī)定了制造該零件所經(jīng)過的各個車間，經(jīng)過的全部工藝過程。2 工序卡片：這種卡片也稱操作卡片，用來具體指導工人進行生產(chǎn)，這是為零件生產(chǎn)過程中的每一道工序編寫的，是工藝過程卡上每一道工序的詳細規(guī)定。4 檢驗卡片：它是檢查人員使用的主要文件，其中對檢驗對象、檢驗項目、檢查方法及使用檢具均有具體規(guī)定。正圓的優(yōu)點是型板制造簡單、加工設(shè)備簡單。 加工余量的確定確定內(nèi)外斷面上的總余量為 mm 確定上下兩個平面上的總余量為 mm 定位基準的選擇 （1）定位基準的選擇活塞環(huán)的兩端面是一切加工尤其是外圓和內(nèi)圓加工的基準面。在后續(xù)工序中，除了使用兩端面為定位基礎(chǔ)外，根據(jù)各工序的特點，再選擇內(nèi)圓或外圓定位，實現(xiàn)各工序的定位。（2）外圓仿形加工基準的選擇外圓仿形加工可選擇外圓定位與內(nèi)圓定位兩種方法。但由于定位元件與夾緊裝置分離，因此，三爪的位置是可調(diào)的，以保證環(huán)的幾何中心與心軸的軸線重合。內(nèi)圓定位具有裝夾簡單，操作方便的特點。定位凸塊的定位精度比定位凹槽要高。一般活塞環(huán)的兩端面要經(jīng)過粗磨、半精磨、精磨三道工序，其特征是兩端面同時進行一般壓縮環(huán) 梯形環(huán)一般鑄鐵油環(huán) 鑄鐵組合油環(huán)磨削。平行度：；不允許擦傷、欠磨等缺陷。（3）工藝對砂輪要求：磨削加工中加工余量逐步減少，加工精度逐步提高。b）細磨：用一片環(huán)高公差 穿磨一次加工余量 0輕柴油冷卻。第四次 H——磨后活塞環(huán)兩平面不允許有擦傷，撓曲小于 為了提高光潔度允許用油石打磨砂輪平面。正火工藝是在氣體介質(zhì)（氮氣等）中加熱到 850～950℃，保溫 2～4 小時，然后在空氣中冷卻。粗磨機床兩個主磨頭是相對逆向旋轉(zhuǎn)的，磨削特點是（如圖 417）環(huán)坯通過砂輪間、砂輪外圓處線速度為 米/秒，中心區(qū)只有 米/秒，相差 15 倍。 2 精磨加工精磨也在雙端面磨床上進行，但機床精度更高。精磨采用兩平面直鋼板導向連續(xù)磨削，兩砂輪轉(zhuǎn)速 n=465 轉(zhuǎn)/分，通常穿磨 34 次，最后一次只留有 的加工余量，以保證環(huán)高公差的穩(wěn)定和高的平行度和表面粗糙度。同時，仿形的加工表面是以后各加工工序的定位基準，決定以后各工序加工余量的均勻性。未裝入氣缸時的活塞環(huán)形狀叫做自由形狀，它決定了活塞環(huán)在裝入氣缸后的接觸壓力分布?；钊h(huán)的接觸壓力分布大致可分為三類：（1）等壓分布，它是在活塞環(huán)整個圓周上分布著相同的接觸壓力；（2）梨形分布，即在活塞環(huán)開口處接觸壓力高于環(huán)周平均接觸壓力； （3）蘋果形分布，即在活塞環(huán)開口處接觸壓力低于環(huán)周平均接觸壓力。這種方法可制造出開口間隙適當、等壓分布的活塞環(huán)。見圖 422。這種加工方法得到的環(huán)，其徑向壓力分布的均勻性比熱定形環(huán)為好，且熱變形小。用這種方法加工的活塞環(huán)，至少在理論上能符合所需要的徑向壓力分布。為了改進這種只進行外圓靠模車削的缺點，可采用內(nèi)外圓同時靠模車削的方法，減小殘余應(yīng)力的影響，進一步接近理論要求。這種方法只適合批量不大、工裝不齊的生產(chǎn)。 銑切開口加工 活塞環(huán)開口銑削加工的特點及工藝要求活塞環(huán)銑切開口是在仿形加工后，不卸下工件，將心軸裝上雙頭銑切開開口，然后再卸下工件。n＝S 齒 活塞環(huán)銑切開口，只進行一次進給，即銑切深度等于活塞環(huán)成品徑向厚度加上加工余量，一般在 46mm 之間。2 工藝要求（見圖 424）a、 切去部分必須對稱于橢圓短軸，左右偏移不超過 1mm。 內(nèi)圓加工的工藝要求活塞環(huán)的內(nèi)圓加工不論是車削還是鏜削，都必須滿足產(chǎn)品在本工序上的工藝要求。（2）尺寸精度